(57)【要約】  【課題】    必要以上の広い視野角を持つことによるエネルギーの無駄をなくし、以て省エネに貢献することができる狭視野角の画像表示装置を提供する。  【解決手段】焦点距離ｆの凸レンズ手段１２と、凸レンズ手段１２の入射面１４側に設けた入射面からほぼａの距離にアイリス面がある投射光学系１０と、上記入射面１４に画像を結像できる透過型画像表示手段（液晶パネル）８を備え、凸レンズ手段１２の出射面１６から（１／ａ）  ＋（１／ｂ）  ＝  １／ｆの等式を満たす距離ｂに空間結像アイリス面１８が生じるようにしてなる。【選択図】  図１
2013068651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点距離ｆの凸レンズ手段と、
上記凸レンズ手段の入射側に入射面からほぼａの距離にアイリス面がある投射光学系と、
上記入射面に画像を結像できる画像表示手段を備え、
上記凸レンズ手段の出射面から（１／ａ）  ＋（１／ｂ）  ＝  １／ｆの等式を満たす距離ｂに空間結像アイリス面が生じるようにされた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１の画像表示装置において、
前記画像表示手段の入射側には、光源と、この光源から出射された光を受けるホモジェナイザーを少なくとも備え、
上記画像表示手段の出力側に前記投射光学系が位置せしめられた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項２の画像表示装置において、
前記ホモジェナイザーとして、ロッドライクインテグレータ及び入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたもののいずれか一方又は双方が用いられた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項２の画像表示装置において、
前記ホモジェナイザーとして、フライアイレンズ及び入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたもののいずれか一方又は双方が用いられた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項２の画像表示装置において、
前記ホモジェナイザーとして、前記光源と透過型の画像表示手段との間に、
互いに焦点距離が等しいレンズが一対その焦点距離と等しい距離離間して配置されたものと、
入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものとが、
設けられたことを特徴とする画像表装置。
【請求項６】
請求項１の画像表示装置において、
前記画像表示手段として、前記投射光学系の入射側にディジタルミラーデバイスが設置され、
上記ディジタルミラーデバイスの入射側に光源とこの光源から出射された光の位置的及び角度的のいずれか一方又は双方の均一性を高めるホモジェナイザーを備えた  ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又６の画像表示装置において、
前記凸レンズ手段としてフレネルレンズ（非軸も含む）が用いられた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の画像表示装置において、
前記凸レンズ手段の出射面に、拡散手段が設置された
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像表示装置において、
前記凸レンズ手段の出射面に反射手段が設けられ、入射面側にアイリス面を結像させるようにされた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の画像表示装置において、
前記画像表示手段として、プロジェクタが用いられた
ことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者の画像視認位置という限られた狭い領域にのみ画像を送ることが可能であって、その領域外に画像を送ることによる無駄な電力消費を回避して省エネを図ることができる画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種表示装置は、一般に、一つの表示画像を、表示画面に対して互いに異なる角度に位置する多くの観察者に対して視認できるようにしている。即ち、比較的広視野角で解像度を高く、コントラクトも良好にすることが、基本的設計思想であり、その広視野角実現のため拡散手段（例えば拡散フィルム）を用いたものが多かった。
【０００３】
特開２００７−１８３４９８号（特許文献１）にはそのような拡散フィルムや投射システムが紹介されており、図１３はそのような拡散フィルムの一例を示すものである。同図（ａ）〜（ｃ）は同じ角度で一つのレンズ（入射側レンズ）に入射した光はそれぞれその角度に対応した位置に集光し、そして、その各位置に集光した光は上記レンズの焦点位置に配置された別のレンズ（出射側レンズ）にてある角度範囲で拡散される原理を示している。（ｄ）はその上記二つのレンズを一体化した拡散フィルムの断面図である。
【０００４】
このような拡散フィルムを駆使することによって、入射側のレンズの働きにより入射角度に応じた位置に集光した画像を構成する光を、出射側のレンズにてある範囲で拡散させることができるので、その拡散角度範囲に位置する観察者全員に画像を視認させることができる。
従って、このような拡散フィルムを用いた表示装置は、その拡散角度を適宜に設定することにより広い角度範囲に渡って視認ができるようにし、以て、広視野角を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８３４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、表示装置には、広視野角であることが要求されるものだけがあるだけではない。つまり、狭視野角であっても差し支えないものもある。
例えば、旅客機等の各客席毎に設けられるテレビジョン用ディスプレイ、或いは個人向け小型テレビジョン、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等のディスプレイがそれである。
【０００７】
これ等のディスプレイは、基本的に、それを観るのは一人であり、その人のみに観えれば良いものである。極論すれば、その一人の人間の両眼が存在する狭い領域に対して画像光を送ることができれば良いと言える。
しかしながら、そのような狭視野角でも良いディスプレイであっても、最小限必要な視野角よりも相当に広い視野角を有するのが普通であり、従来、視野角を広くする技術開発は盛んに行われてきたが、不必要に視野角を広めることがないように視野角を狭めるという技術開発は行われてこなかった。
【０００８】
というのは、必要以上に視野角を広めることは無駄な電力消費をもたらし、省エネの精神に反するという認識が表示装置の開発技術者に存在しなかったからである。
元来、表示装置がそれに要求される視野角よりも広い視野角を有するとすると、その広い分、無駄に画像を出力していることになる。例えば、一人の人間の両眼に画像を出力できれば良いのに、数人の人間が同時に視認できる領域に画像を出力する特性を有しているとすると、その数人マイナス１人が視認できる領域への画像出力はまったくの無駄になるのである。これは、当然に、画像表示をするために作り出す光の無駄等を生み出し、エネルギーの無駄をもたらす。
【０００９】
このような無駄の存在には多くの技術者が気づいていないが、本願の発明者は、東日本大震災による福島原発事故による計画停電の実施、大企業への節電の法制化、小企業、一般家庭への節電の要請等から、表示装置の視野角が必要以上に広いことによる無駄な電力消費に気づき、そのような無駄を無くす必要性を認識するに至った。
そして、本願発明者は、その無駄をなくすべく思考し、実験を重ね、本發明を為すに至った。
即ち、本發明は、狭視野角の画像表示装置を提供することにより、必要以上の広い視野角を持つことによるエネルギーの無駄をなくし、以て省エネに貢献することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の画像表示装置は、焦点距離ｆの凸レンズ手段と、この凸レンズ手段の入射側に入射面からほぼａの距離にアイリス面がある投射光学系と、上記入射面に画像を結像できる画像表示手段を備え、上記凸レンズ手段の出射面から（１／ａ）  ＋（１／ｂ）  ＝  １／ｆの等式を満たす距離ｂに空間結像アイリス面が生じるようにされたことを特徴とする。
請求項２の画像表示装置は、請求項１の画像表示装置において、前記画像表示手段の入射側には、光源と、この光源から出射された光を受けるホモジェナイザーを少なくとも備え、上記画像表示手段の出力側に前記投射光学系が位置せしめられたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の画像表示装置は、請求項２の画像表示装置において、前記ホモジェナイザーとして、ロッドライクインテグレータ及び入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたもののいずれか一方又は双方が用いられたことを特徴とする。
請求項４の画像表示装置は、請求項２の画像表示装置において、前記ホモジェナイザーとして、フライアイレンズ及び入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたもののいずれか一方又は双方が用いられたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５の画像表示装置は、請求項２の画像表示装置において、前記ホモジェナイザーとして、前記光源と透過型の画像表示手段との間に、互いに焦点距離が等しいレンズが一対その焦点距離と等しい距離離間して配置されたものと、入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものとが、設けられたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の画像表示装置は、請求項１の画像表示装置において、前記画像表示手段として、前記投射光学系の入射側にディジタルミラーデバイスが設置され、このディジタルミラーデバイスの入射側に光源とこの光源から出射された光の位置的及び角度的のいずれか一方又は双方の均一性を高めるホモジェナイザーを備えたことを特徴とする。
請求項７の画像表示装置は、請求項１、２、３、４、５又６の画像表示装置において、前記凸レンズ手段としてフレネルレンズ（非軸も含む）が用いられたことを特徴とする。
【００１４】
請求項８の画像表示装置は、請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の画像表示装置において、凸レンズ手段の出射面に、拡散手段が設置されたことを特徴とする。
請求項９の画像表示装置は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像表示装置において、前記凸レンズ手段の出射面に反射手段が設けられ、入射面側にアイリス面を結像させるようにされたことを特徴とする。
請求項１０の画像表示装置は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の画像表示装置において、前記画像表示手段として、プロジェクタが用いられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の画像表示装置によれば、焦点距離ｆの凸レンズ手段の入射側に、その入射面から距離ａ離間した位置にアイリス面を有する投射光学系を有し、そして、凸レンズ手段の入射面に上記投射光学系を介して画像を表示できる画像表示手段を有するので、上記凸レンズ手段の出射面から等式（１／ａ）＋（１／ｂ）＝１／ｆを満たす距離ｂ離間した位置にアイリス面ができる。
従って、このアイリス面から上記凸レンズ手段の出射面を見れば、ｂ／ａ倍に拡大された画像を視認することができる。
そして、画像表手段として拡散特性を有しない或いは少ないもの例えばバックライトを有しない低拡散性の液晶パネル或いはディジタルミラーデバイスを用いることにより、視野角を狭くすることができ、延いては、省エネを実現することができる。
【００１６】
請求項２の画像表示装置によれば、画像表示手段の入射側に光源から出射された光の角度的及び位置的（空間的）均一性の一方又は双方を高めるホモジェナイザーを有するので、画像表示手段に入射される光源からの光の角度的及び位置的（空間的）均一性の一方又は双方を高めることができる。
従って、画像表示手段により表示される画像の画質、その品位を高めることができる。
【００１７】
請求項３の画像表示装置によれば、前記ホモジェナイザーとして、ロッドライクインテグレータ及び入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものの双方又は一方を設置したので、光強度の位置的（空間的）及び角度的均一性の双方又は何れか一方を高めることができ、画像表示手段に入射する光のムラを小さくすることができる。
即ち、ホモジェナイザーとしてロッドライクインテグレータを用いたものによれば、光強度の位置的（空間的）均一性を高めることができる。
【００１８】
また、ホモジェナイザーとして、入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものを用いれば、光強度の位置的（空間的）均一性を高めることができる。
【００１９】
従って、請求項３の画像表示装置によれば、光強度の位置的（空間的）及び角度的均一性の少なくとも一方或いは両方を高めることができる。
依って、画像表示手段に入射する光のムラをより少なくすることができ、延いては極めて画像の品位をよくすることができる。
【００２０】
請求項４の画像表示装置によれば、ホモジェナイザーとして、フライアイレンズ及び入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものの一方又は双方を用いたので、画像表示手段に入射する光のムラを極めて小さくすることができる。
即ち、ホモジェナイザーとしてフライアイレンズを用いたものによれば、光強度の位置的（空間的）均一性を高めることができる。また、ホモジェナイザーとして入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものを用いれば、上記拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものによって光強度の角度的均一性を強めることができる。
従って、画像表示手段に入射する光にムラをより少なくすることができ、極めて良好な画像形成ができる。
【００２１】
請求項５の画像表示装置によれば、ホモジェナイザーとして、同じ焦点距離を有し、その焦点距離と同じ距離離間して位置されたレンズ対からなる、光強度の位置的（空間的）均一性を有するリレーレンズを用いたので、光強度の均一性を高めることができる。
【００２２】
請求項６の画像表示装置によれば、画像表示手段として、投射光学系のアイリス面からほぼ前記焦点距離だけ離れた位置に画像表示手段を成すディジタルミラーデバイスを設置したので、ディジタルミラーデバイスを画像表示手段として画像表示装置に用いることができる。
そして、画像表示手段としてのディジタルミラーデバイスに照明光として光源からの光を入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものに通し、光強度の角度的均一性を高めた光を用いるので、ディジタルミラーデバイスにより表示される画像の品位を高めることができる。
【００２３】
請求項７の画像表示装置によれば、前記凸レンズ手段をフレネルレンズ（非軸も含む）としたので、凸レンズ手段として凸レンズを用いた場合に比較して、凸レンズ手段を薄くすることができ、画像表示装置の厚みも薄くすることができる。
請求項８の画像表示装置によれば、凸レンズ手段の出射面に拡散手段を設置したので、空間結像アイリス面に結像する光をその拡散手段により拡散させることができ、延いては、空間結像アイリス面を拡げることができる。
従って、アイリス面の拡がりをその拡散手段により調節することができる。
即ち、画像表示手段として、例えばバックライトのない拡散性の無い或いは少ない液晶パネル或いはディジタルミラーデバイスを用いると、空間結像アイリス面の広さが不充分の場合があり得るが、そのような場合には、拡散手段（例えば拡散フィルム）により光を拡散させて空間結像アイリス面を適宜広くすることができ、空間結像アイリス面が狭くなりすぎないようにすることができる。
【００２４】
請求項９の画像表示装置によれば、凸レンズ手段の出射面に反射手段を設け、入射面側にアイリス面を結像させるようにしたので、反射型（フロント型）の画像表示装置を提供することができる。
請求項１０の画像表示装置によれば、画像表示手段としてプロジェクタを用いたので、プロジェクタからの画像光を画像表示する画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明画像表示装置の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明画像表示装置の第２の実施例を示す断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明画像表示装置の第１の実施例に潜む改良可能な微細な問題点を示すもので、（Ａ）は装置全体を示す断面図、（Ｂ）はロッドライクインテグレータの入射面における光強度分布を示し、（Ｃ）はロッドライクインテグレータの出力面における光強度分布を示す。図において、θは入力面における光軸中心からのずれ（角度）を示し、ｘは出力面における光軸中心からのずれ（距離）を示し、θ方向、ｘ方向と直交する軸は光強度を示す。
【図４】本発明画像表示装置の第２の実施例に潜む改良可能な微細な問題点を示す断面図である。
【図５】（ａ）は入射角無依存トップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルムの拡散特性を示す図、（ｂ）は通常の拡散フィルムの拡散特性を示す図、（ｃ）は光源（ＬＥＤ）からの光を受けるロッドライクインテグレータとその出力面に設けた入射角無依存トップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルムからなるホモジェナイザーの拡散光を示す図、（ｄ）は光源（ＬＥＤ）からの光を受けるロッドライクインテグレータとその出力面に設けた通常の拡散フィルムからなるホモジェナイザーの拡散光を示す図である。
【図６】本発明画像表示装置の第３の実施例を示す断面図である。
【図７】本発明画像表示装置の第４の実施例を示す断面図である。
【図８】本発明画像表示装置の第５の実施例を示す断面図である。
【図９】本発明画像表示装置の第６の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明画像表示装置の第７の実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明画像表示装置の第８の実施例を示す断面図である。
【図１２】本発明画像表示装置の第８の実施例を、外形については斜視図にて、筐体内部については断面図にて示す図である。
【図１３】従来において広視野角実現のため拡散手段（例えば拡散フィルム）を用いた技術である特許文献１により紹介された拡散フィルムの一例を示すものである。同図（ａ）〜（ｃ）は同じ角度で一つのレンズ（入射側レンズ）に入射した光はそれぞれその角度に対応した位置に集光し、そして、その各位置に集光した光は上記レンズの焦点位置に配置された別のレンズ（出射側レンズ）にてある角度範囲で拡散される原理を示している。（ｄ）はその上記二つのレンズを一体化した拡散フィルムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明画像表示装置は、基本的に、画像表示手段と、この画像表示手段により表示された画像を投射する投射光学系と、凸レンズ手段を備え、この凸レンズ手段の出射側に空間結像アイリス面が生じるようにしたものであるが、画像表示手段としては、光拡散性のない或いは少ないことが必須であり、バックライトの無い液晶パネル、或いはディジタルミラーデバイスが好適である。
【００２７】
画像表示手段に画像形成のための照明光として入射する光は、光強度の均一性を高めることが好ましく、光強度の均一性を高めるものがホモジェナイザーである。
光強度の均一性には、位置的（空間的）均一性と、角度的均一性があり、位置的（空間的）均一性を高めるホモジェナイザーとしてロッドライクインテグレータ、同じ焦点距離を有し、その焦点距離離間して配置した一対のフライアイレンズ、リレーレンズがある。
【００２８】
また、角度的均一性を高めるホモジェナイザーとして、入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものがある。
従って、位置的（空間的）均一性を高めるには、ロッドライクインテグレータ、フライアイレンズ、リレーレンズ等によるホモジェナイザーが好適であるが、角度的均一性を高めるためには入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する内部屈折率分布型の拡散フィルムを一又は複数枚重ねたものが好適であるが、最も好ましいのは、位置的（空間的）均一性を高めるホモジェナイザーと角度的均一性を高めるホモジェナイザーの両方を設けることである。
【００２９】
光源としては、普通の白色光源を用いるようにしても良いが、ＲＧＢ各原色の光を一定の順序で照射することを一定の周期で繰り返す三原色光源を用いるようにしても良い。このように三原色光源を用いた場合には、白黒タイプの画像表示手段を用いてもカラー画像の表示をする画像表示装置を提供することができる。
また、凸レンズ手段として普通の凸レンズではなく、フレネル状（非軸のものでも良い。）の凸レンズを用いても良い。
【００３０】
また、凸レンズ手段の出射面に拡散フィルムを設置したので、空間結像アイリス面に結像する光をその拡散フィルムにより拡散させることができ、延いては、空間結像アイリス面を拡げるようにし、アイリス面を小さくなりすぎないようにすることもできる。
そして、凸レンズ手段の出射面に反射手段を設け、入射面側にアイリス面を結像させるようにし、反射型（フロント型）の画像表示装置を提供するようにしても良い。
更に、画像表示手段としてプロジェクタを用い、プロジェクタからの画像光を画像表示するようにしても良い。
このように、本発明は種々の態様で実施することができ、種々の変形例があり得る。
【実施例】
【００３１】
（第１の実施例）
図１は本発明画像表示装置の第１の実施例１ａを示す断面図である。
図において、２は光源（例えば発光ダイオードＬＥＤ）、４はその光源２からの光の強度の位置的（空間的）均一性を高めるホモジェナイザーとしての役割を果たすロッドライクインテグレータである。６ａ、６ｂはこのロッドライクインテグレータ４の出射側に設けられたリレーレンズ、８はこのリレーレンズ６ａ、６ｂの出射側に設けられた透過型画像表示手段であり、本例では、バックライトがなく、拡散特性が無い又は少ない液晶パネルからなる。
【００３２】
１０は透過型画像表示手段８の出力側に設けられた投射光学系、１２は凸レンズ手段を成すフレネルレンズ（非軸であっても良い。）であり、その焦点距離はｆである。１４はこの凸レンズ手段１２の入射面、１６は凸レンズ手段１２の出射面であり、凸レンズ手段１２は上記投射光学系１０のアイリス面から出射側に距離ａ離間したところに位置しており、そして、凸レンズ手段１２から出射側に等式（１／ａ）＋（１／ｂ）＝１／ｆを満たす距離ｂ離間した位置に空間結像アイリス面１８が形成される。
【００３３】
光源（例えば発光ダイオードＬＥＤ）２から出射された光は、その強度分布の位置的（空間的）均一性がロッドライクインテグレータ４により高められ、リレーレンズ６ａ、６ｂにより例えば液晶パネルからなる透過型画像表示手段８に入射される。
透過型画像表示手段８に入射された光は光変調されて画像が形成されて投射光学系１０により凸レンズ手段１２に入射され、入射面１４に結像される。
そして、上記空間結像アイリス面１８から凸レンズ手段１２の出射面を視ると、画像を視認することができる。
従って、このような実施例１ａによれば、画像表示手段８としてバックライトがなく、拡散特性が無い又は少ない液晶パネルを用いているので、狭い限られた空間結像アイリス面１８に画像が結像されるようにすることができ、視野角を小さくすることができ、延いては、省エネを実現することができる。
【００３４】
（第２の実施例）
図２は本発明画像表示装置の第２の実施例１ｂを示す断面図である。
本実施例１ｂは、光源２からの光の位置的（空間的）強度分布の均一性を高めるホモジェナイザーとしてフライアイレンズ（焦点距離：ｆａ）を１組２０ａ、２０ｂ互いにその焦点距離ｆａ離間するように対向させたもの（フライアイレンズホモジェナイザー）を用いている点で、第１の実施例１ａとは異なるが、それ以外の点では共通し、共通する点については既に説明済みなので説明を省略する。尚、ｆｂはリレーレンズ６ａ、６ｂの焦点距離であり、当然にリレーレンズ６ａと６ｂとはその焦点距離ｆｂ離間している、
【００３５】
このような実施例１ｂによれば、実施例１ａの場合と同様に、アイリス面１８に人が自分の眼（両眼）を位置させれば、透過型画像表示手段８を通過した光による結像画像を視認することができ、視野角を狭くすることができ、延いては、省エネを実現することができる。
【００３６】
（第１の実施例の改良可能な微細な問題点）
図３は本発明画像表示装置の第１の実施例１ａに潜む改良可能な微細な問題点を示す断面図であり、（Ａ）は装置全体の構成を示し、（Ｂ）はロッドライクインテグレータ４の入射面における光強度分布を示し、（Ｃ）はロッドライクインテグレータ４の出力面における光強度分布を示す。図において、θは入力面における光軸中心からのずれ（角度）を示し、ｘは出力面における光軸中心からのずれ（距離）を示し、θ方向、ｘ方向と直交する軸は光強度を示す。
【００３７】
図１に示した第１の実施例１ａは表示画像の品位に改良の余地があり、図３はその改良の余地のある点について説明している。
即ち、図１に示した第１の実施例１ａにより比較的良好な画像再生が可能であるが、必ずしも完璧ではなく改良の余地がある。というのは、ホモジェナイザーとしてロッドライクインテグレータ４が用いられているが、それは光強度の空間的（位置的）均一性を高めるが、角度的均一性を高めることができないからである。従って、画像に高い品位が要求されない場合には問題がないが、より高い品位が要求される場合には、角度的にも均一性が得られるようにする必要が生じるのである。
【００３８】
図３を参照して説明すると、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、光源２から光軸に沿って向かう光Ａによる光強度分布と、光軸に対して或る方向に交差する向きの光Ｂによる光強度分布と、その方向と逆向きに交差する向きの光による光強度分布とが存在し、この光強度分布の合成されたものがロッドライクインテグレータ４から出力され、それ故、光の角度の違いによる光の不均一性が生じることを防げない。
その結果、空間結像アイリス面１８には、光源２の光Ａによる像Ａと、或る方向に交差する向きの光Ｂによる像Ｂと、それと逆の方向に交差する向きの光Ｃによる像Ｃが生じ、光変調される光が強度分布の均一性を要求されるにも拘わらず光強度の均一性が損なわれ、延いては画像の品位をより高めることが妨げられる。
従って、より高い画像の品位を得るには、角度的均一性を得るようにすることが必要となる。その必要に応える技術的思想については後述する。
【００３９】
（第２の実施例の改良可能な微細な問題点）
図４は本発明画像表示装置の第２の実施例１ｂに潜む改良可能な微細な問題点を示す断面図である。
第２の実施例１ｂにおいては、ホモジェナイザーとして、フライアイレンズを一対互いに距離ｆａ離間したもの（フライアイレンズホモジェナイザー）２０ａ、２０ｂを用いており、このフライアイレンズを一対用いたもの２０ａ、２０ｂは、ロッドライクインテグレータと同様に、光強度の位置的（空間的）均一性を高めることができるが、角度均一性を高めることができないので、第１の実施例１ａと同様に光源からの光による像が複数１９、１９、１９できるという問題があり、光変調される光が強度分布の均一性を要求されるにも拘わらず光強度の均一性が損なわれ、延いては画像の品位をより高めることを妨げられる。
従って、より高い画像の品位を得るには、角度的均一性を得るようにすることが必要となる。その必要に応える技術的思想については後述する。
【００４０】
（入射角無依存トップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム積層体）
図５（ａ）は入射角無依存トップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム積層体の拡散特性を示し、（ｂ）はその拡散フィルム積層体をロッドライクインテグレータの出力面に設けた場合の拡散フィルム積層体の拡散特性を示し、（ｃ）は通常の拡散フィルム積層体の拡散特性を示し、（ｄ）はその通常の拡散フィルム積層体をロッドライクインテグレータの出力面に設けた場合の拡散フィルム積層体の拡散特性を示す。
その入射角無依存トップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム積層体は、例えば、本願出願人（国立大学法人東北大学）で開発されたＤｉｆｆｕｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ−ｆｉｌｍ（Ｄ．Ｌ．Ｃ．−ｆｉｌｍ）を２枚拡散方向が互いに直交するように積層したものである。但し、図５（ａ）、（ｂ）においては、Ｄ．Ｌ．Ｃ．−ｆｉｌｍと標記した。
【００４１】
その積層されたＤ．Ｌ．Ｃ．−ｆｉｌｍは、図５（ａ）に示すように、入射角度無依存のトップハット的均一拡散特性を有するので、角度的に均一な特性を有するホモジェナイザーとしての役割を果たすことができ、拡散フィルム積層体の出力面からは空間的にも角度的にも均一な光が出射される。
依って、図５（ｂ）に示すように、光源（ＬＥＤ）からの光の強度の空間的（位置的）均一性を得るホモジェナイザーである例えばロッドライクインテグレータの出力面にＤ．Ｌ．Ｃ．−ｆｉｌｍを設けると、このＤ．Ｌ．Ｃ．−ｆｉｌｍの出力面からは空間的にも角度的にも均一な拡散光を得ることができる。
【００４２】
尚、通常の拡散フィルムは、図５（ｃ）に示すように、入射角依存性を有する拡散特性を有するので、図５（ｄ）に示すように、ロッドライクインテグレータの出力面に設けた場合には、角度的均一性に欠けた拡散光しか得られない。
以上のことから、図５（ａ）に示す入射角度無依存のトップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム積層体を、図５（ｂ）に示すように、ロッドライクインテグレータの如き位置的（空間的）均一性を有するホモジェナイザーの出力面に設けると、位置的（空間的）にも角度的にも均一性の高い拡散光を得ることができる。
【００４３】
従って、図５（ａ）に示すような入射角度無依存のトップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム積層体は、図３、図４に示した第１、第２の実施例の微細な問題点を解決するのに有効であることが明らかである。
図６、図７はそのように入射角度無依存のトップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム積層体を用いて位置的（空間的）のみならず、角度的にも光強度の均一性を高めた第３、第４の実施例を示すものである。
【００４４】
（第３の実施例）
図６は本発明画像表示装置の第３の実施例１ｃを示す断面図である。
本実施例１ｃは、第１の実施例１ａの画像表示手段２のロッドライクインテグレータ４の出力面に、入射角無依存のトップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム（上記Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ−ｆｉｌｍ（Ｄ．Ｌ．Ｃ．−ｆｉｌｍ）を２枚拡散方向が互いに直交するように積層したもの、拡散フィルム積層体２２を設けたものである。
【００４５】
このように、拡散フィルム積層体２２を設けることにより、画像形成のための光変調に供される光源からの光の光強度は、ロッドライクインテグレータ４により位置的（空間的）均一性が高められるに留まらず、拡散フィルム積層体２２によって角度的均一性も高められる。
尚、本実施例１ｃは第１の実施例１ａとは、拡散フィルム積層体２２を有する点で異なるが、それ以外の点では共通し、共通する部分は既に説明済みであるので説明を省略する。
【００４６】
（第４の実施例）
図７は本発明画像表示装置の第４の実施例１ｄを示す断面図である。
本実施例１ｄは、第２の実施例１ｂの画像表示手段２のフライアイレンズホモジェナイザー２０ａ、２０ｂの出力側で、透過型画像表示手段８の入射側に、入射角無依存のトップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム積層体２２を設けたものである。
【００４７】
このように、拡散フィルム積層体２２を設けることにより、画像形成のための光変調に供される光源からの光の光強度は、フライアイレンズホモジェナイザー２０ａ、２０ｂにより位置的（空間的）均一性が高められるに留まらず、拡散フィルム積層体２２によって角度的均一性も高められる。拡散フィルム積層体２２は、リレーレンズ６ａ、６ｂと透過型画像表示手段８との間に配置されているが、リレーレンズ６ａ、６ｂとフライアイレンズホモジェナイザー２０ａ、２０ｂとの間、或いは、光源２とフライアイレンズホモジェナイザー２０ａ、２０ｂとの間に設けるようにしても良い。
尚、本実施例１ｄは第２の実施例１ｂとは、拡散フィルム積層体２２を有する点で異なるが、それ以外の点では共通し、共通する部分は既に説明済みであるので説明を省略する。
【００４８】
（第５の実施例）
図８は本発明画像表示装置の第５の実施例１ｅを示す断面図である。
本実施例１ｅは、ホモジェナイザーとして、光強度の位置的（空間的）均一性を高めるロッドライクインテグレータ又はフライアイレンズホモジェナイザーを用いることなく、角度的均一性を高める上記拡散フィルム積層体２２を用いたものである。
【００４９】
具体的には、光源２の出射側に、その光源２からの光分布の角度的均一性を高めるホモジェナイザーとして機能する上記拡散フィルム積層体２２を設け、この拡散フィルム積層体２２の出射側に、リレーレンズ６ａ、６ｂを設け、リレーレンズ６ｂの出射側に透過型画像表示手段８を設け、この透過型画像表示手段８により形成された表示画像を投射光学系１０により凸レンズ手段１２の入射面１４に結像されるようにしたものである。
凸レンズ手段１２は投射光学系１０のアイリス面から出射側に距離ａ離間したところに位置され、凸レンズ手段１２の焦点距離をｆとした場合、等式（１／ａ）＋（１／ｂ）＝１／ｆを満たす距離ｂだけ凸レンズ手段１２から出射側に離間した位置にアイリス面１８が形成されることは、前述の各実施例１ａ〜１ｄと同じである。尚、２４は網膜、２６は眼球である。
【００５０】
本実施例１ｅによれば、光源２から出射された光は、ホモジェナイザーとして機能する拡散フィルム積層体２２により光分布の角度的均一性が高められ、リレーレンズ６ａ、６ｂを介して透過型画像表示手段８に入射され、この表示手段８により光変調される。
従って、光源２からの光が光強度の角度的均一性が高められた上で透過型画像表示手段８による光変調に供されるので、画像の品位を高めることができる。
【００５１】
このように、ホモジェナイザーとして、角度的均一性の高い光強度分布を有する拡散フィルム積層体２２のみを設けるという態様でも本発明を実施することができる。
尚、拡散フィルム積層体２２は、光源２とリレーレンズ６ａとの間ではなく、リレーレンズ６ｂと透過型画像表示手段８との間に設けるようにしても良く、ホモジェナイザーとしての効果は同じである。
勿論、実施例１ａ、１ｂの場合と同様に、アイリス面１８に人が自分の眼（両眼）を位置させれば、透過型画像表示手段８を通過した光による結像画像を視認することができ、視野角を狭くすることができ、延いては、省エネを実現することができる。
【００５２】
（第６の実施例）
図９は本発明画像表示装置の第６の実施例１ｆを示す断面図である。
本実施例１ｆは、光源としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色を発光する３つの発光ダイオードを内蔵したもの、即ち三原色光源（３０）を用い、ホモジェナイザーとして前述の拡散フィルム積層体、即ち、入射角無依存のトップハット的均一拡散特性を有する拡散フィルム（上記Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ−ｆｉｌｍ（Ｄ．Ｌ．Ｃ．−ｆｉｌｍ）を２枚拡散方向が互いに直交するように積層したもの、即ち拡散フィルム積層体２２を用い、更に、画像表示手段としてディジタルミラーデバイス（３４）を用いるようにしたものである。
【００５３】
３０は三原色光源であり、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を発光する３チップの発光ダイオードを内蔵し、一定の順序でその三つの色の光を発光する動作を一定の周期（例えば６０分の１秒）で繰り返す動作をする。このように三原色光源３０を用いるのは、画像表示手段として白黒用のものを用いてもカラーの画像表示装置を提供することができるからである。
上記三原色光源３０の出射側に上記拡散フィルム積層体２２が配置され、この拡散フィルム積層体２２によりその光源３０からの光の強度分布の角度的均一性が高められる。この拡散フィルム積層体２２の出力側にリレーレンズ６ａ、６ｂが設けられている。
【００５４】
３４は反射型画像表示手段であるディジタルミラーデバイスであり、上記リレーレンズ６ａ、６ｂ及び上記拡散フィルム積層体２２を介して三原色光源３０からの光を斜め方向に受ける向きに設置されている。尚、本ディジタルミラーデバイス３４は白黒の素子であるので、光源として三原色のものを用いている。
ディジタルミラーデバイス３４の正面には、投射光学系１０が位置しており、この投射光学系１０のアイリス面とディジタルミラーデバイス３４との距離はｃであり、この距離ｃは、リレーレンズ６ａ、６ｂの焦点距離ｆｃと略等しい。勿論、リレーレンズ６ａと６ｂとの距離はその焦点距離ｆｃ（＝ｃ）と略等しい。
３６は投射光学系１０のアイリス面の外側に位置する不要光吸収用遮光板である。
【００５５】
投射光学系１０の出射側のそのアイリス面から距離ａ離間した位置に焦点距離ｆの凸レンズ手段１２が設けられ、この凸レンズ手段１２の出射側に空間結像アイリス面１８が形成され、その凸レンズ手段１２と空間結像アイリス面１８との距離ｂは、等式（１／ａ）＋（１／ｂ）＝１／ｆを満たすこと、前記各実施例１ａ〜１ｅと異なるところはない。尚、２４は網膜、２６は眼球、２８は（水晶体）である。
本実施例１ｆによれば、画像表示手段がディジタルミラーデバイス３４からなり、光の反射率が高いので、透過型画像表示手段８よりも更なる省エネを実現することができる。
【００５６】
そして、三原色光源３０とリレーレンズ６ａとの間に光強度角度的均一性を高める拡散フィルム積層体２２を設けたので、画像の品位を高めることができる。
また、画像表示手段としてディジタルミラーデバイス３４を用い、光源３０がそのディジタルミラーデバイス３４の背面側ではなく、ディジタルミラーデバイス３４よりも正面寄りなので、装置１ｆの厚みを薄くすることができる。
【００５７】
（第７の実施例）
図１０は本発明画像表示装置の第７の実施例１ｇを示す断面図である。
本実施例１ｇは、凸レンズ手段１２の出射面側に、拡散手段として拡散フィルム（スクリーン：３８）を設けたものである。この拡散フィルム（３８）は、前述の光強度の均一性を高めるための拡散フィルム積層体２２とは異なり、空間結像アイリス面が狭くなり過ぎる場合においてその空間結像アイリス面を広めるべく、表示画像に拡散性を持たせるための拡散手段として設けたものである。
即ち、本発明は、基本的に、空間結像アイリス面を狭くするものであるが、しかし、狭くなりすぎる場合もあり、その場合、顔の僅かな動きで画像を視認できる空間結像アイリス面１８から眼の位置がずれたりして不都合となる。そこで、狭くなりすぎる場合に若干広くするべく拡散フィルム３８を拡散手段として設けるようにしたものである。
【００５８】
８は画像表示手段である画像表示デバイス、１０は画像表示デバイス８により表示された表示画像を凸レンズ手段１２へ拡大投射する投射光学系、３８は凸レンズ手段１２の出射側に配置された拡散フィルムである。
尚、このように拡散フィルム３８を設けることは、前述の各実施例１ａ〜１ｆにおいても必要に応じて実施することができる。
【００５９】
このような実施例１ｇによれば、凸レンズ手段１２により空間結像アイリス面１８に結像する光をそのフレネルレンズ１２の出斜面側に設けた拡散フィルム３８により拡散させることができ、延いては、空間結像アイリス面を拡げることができ、空間的均一性が眼で見る位置の若干の違いによらず、空間的に均一に見える。
図１０において、A、B、Cは拡散フィルム３６の上部、中央部、下部における拡散特性を示し、右側部分は眼２６による視認位置の違いに対する光強度分布図であり、θは位置、Iは光強度を示す。
【００６０】
（第８の実施例）
図１１及び図１２は本発明画像表示装置の第８の実施例１ｈを示すもので、図１１は断面図であり、図１２は外形を斜視図にて筐体内部を断面図にて示す図である。
本実施例１ｈは、図９に示した第６の実施例１ｆに凹面反射鏡（４０）及び凸面反射鏡鏡（４２）を付加し、凸レンズ手段１２に代えて非軸非球面フレネル反射鏡（１２ａ）を用いることより、反射型の構成にしたものである。
本実施例１ｈは、図９に示した実施例１ｆとは、三原色光源３０、拡散フィルム積層体２２、リレーレンズ６ａ、６ｂ、ディジタルミラーデバイス３４、遮光板３６、投射光学系１０からなる部分の構成においては、同様であるので、その部分の説明を省略し、相違する点についてのみ説明する。
【００６１】
４０は投射光学系１０の出斜側に設けられた非軸非球面凹面反射鏡であり、ディジタルミラーデバイス３４により形成され投射光学系１０により拡大された表示画像を凸面反射鏡４２へ反射する。凸面反射鏡４２は非軸非球面凹面反射鏡４０からの表示画像を非軸非球面フレネル反射鏡１２ａの反射面１４ａへ反射する。１８は非軸非球面フレネル反射鏡１２ａの出射側に生じる空間結像アイリス面、２６は眼球である。
尚、４６（図１２参照）は、画像表示装置１ｈのスクリーンを成す非軸非球面フレネル反射鏡１２ａを除く部分（謂わば、プロジェクタを成す部分）を収納する筐体である。
【００６２】
このように、本発明は反射型画像表示装置にも適用できる。
以上に述べたように、本発明は種々の形態で実施することができ、種々の実施例があり得るし、様々のバリエーションが考えられ得る。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、観察者の画像視認位置という限られた狭い領域にのみ画像を送ることが可能であって、その領域外に画像を送ることによる無駄な電力消費を回避して省エネを図る画像表示装置に広く産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ〜１ｈ・・・実施例、２・・・光源、
４・・・ロッドライクインテグレータ（ホモジェナイザー）、
６ａ、６ｂ・・・リレーレンズ、８・・・透過型画像表示手段（液晶パネル）、
１０・・・投射光学系、１２・・・凸レンズ手段（焦点距離：ｆ）、
１２ａ・・・非軸非球面フレネル反射鏡、１４・・・入射面、
１６・・・出射面、１８・・・空間アイリス面、
１９・・・空間アイリス面にできる光源の像、
２０ａ、２０ｂ・・・フライアイレンズ（ホモジェナイザー）、
２２・・・拡散フィルム積層体、３０・・・三原色光源、
３４・・・ディジタルミラーデバイス（反射型画像表示手段）、
３８・・・拡散フィルム（拡散性を適宜帯びさせる拡散フィルム）、
４０・・・凹面反射鏡、４２・・・凸面反射鏡。
【図１】
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【図２】
2013068651.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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